Магнитные моменты электронов и атомов

До сих пор влияние среды на магнитные явления учитывалось формально введением магнитной проницаемости . Для того, чтобы разобраться в магнитных свойствах сред и их влиянии на магнитную индукцию, необходимо рассмотреть действие магнитного поля на атомы и молекулы вещества.

Все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются,
поскольку в любом теле существуют микроскопические токи (микротоки),
обусловленные движением электронов в атомах и молекулах.

Для многих целей, в том числе и для объяснения многих магнитных
явлений, можно использовать квазиклассическую модель, в которой
предполагается, что атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг
которого обращаются электроны по круговым или эллиптическим орбитам,
подобно планетам солнечной системы (планетарная модель атома).

Такие электроны, обращающиеся по орбитам, представляют собой
замкнутые электрические токи, и поэтому естественно предположить, что
именно они являются микротоками (существование которых предполагал еще Ампер), ответственными за намагничивание вещества.

Если электрон совершает оборотов в секунду, то сила тока I = ev.
Орбитальный магнитный момент электрона, движущегося по круговой
орбите, площадью S:

Если электрон движется по часовой стрелке, то ток направлен против часовой стрелки и вектор (в соответствии с правилом правого винта) направлен перпендикулярно плоскости орбиты электрона.

Так как электронам присущ не только заряд, но еще и масса, то каждый орбитально движущийся электрон обладает не только магнитным моментом (как и всякий замкнутый ток), но еще и определенным механическим моментом импульса , т.е. подобен волчку:

Где — угловая скорость электрона, . Вектор
называется орбитальным механическим моментом электрона. Поскольку
направление вектора также определяется по правилу правого винта, то
направления и противоположны. Поэтому:

где величина называется гиромагнитным отношением орбитальных моментов,

- удельный заряд электрона.

Кроме орбитальных моментов, электрон обладает собственным механическим моментом импульса , называемый спином.

Спину электрона соответствует собственный (спиновый) магнитный
момент . Проекция спина на направление вектора может принимать
только одно из следующих двух значений:

Где (h - постоянная Планка), - магнетон Бора, являющийся единицей магнитного момента электрона.

Общий магнитный момент атома или молекулы равен векторной сумме магнитных моментов (орбитальных и спиновых) входящих в атом (молекулу)
электронов:

Магнитные моменты атомных ядер в тысячи раз меньше магнитных моментов электронов, поэтому ими как правило пренебрегают.